管道接口橡胶密封圈力学性能研究及应用

论文摘要

地下管线做为城市的“生命线”在现代化城市发展中显得越来越重要。各种地下管线在城市的“新陈代谢”中起着不可替代的作用。随着地下管线系统的重要性被逐渐的认识到，从管线的选材到管线接头的各种形式的改进都得到提高。多数的地下管线破坏主要是由地震作用造成的，因此在选择管材及管线接头时除了其应满足功能需求外，有更好的抗震性能成为选择的主要标准。柔性管道接口有多方面的优越性，尤其是其具有优良的抗震性能，因此目前柔性接口已在管线铺设工程中得到广泛应用。但至今为止国内对管道柔性接口的力学性能研究相对较少。对此，本文以震害中管道破坏的基本形态为出发点，开展了对承插式管道柔性接口的力学性能基础研究和数值模拟分析。本文探讨了管道柔性接口密封圈橡胶材料的基本力学性能，对描述橡胶材料的应变能函数和本构模型进行了分析，通过橡胶材料均匀变形形式研究了橡胶材料本构模型常量的确定方法，同时对橡胶材料小变形范围内的力学性能做了简化分析。根据橡胶材料单轴拉伸试验数据，拟合确定了管道橡胶材料本构模型的常量，为管道接头密封圈的模拟计算做好准备。本文应用ABAQUS有限元软件建立了管道胶圈柔性接口的力学模型，模拟了管道胶圈柔性接口的装配过程和力学性能，分析了胶圈装配应力和接触压力；模拟了在内部水压作用下胶圈和管壁的接触压力，分析了胶圈和管壁的摩擦力及柔性接口所能承受的最大轴向拉力，并与管道胶圈柔性接口的轴向拉伸试验结果进行了对比分析。总结了柔性管道接头中密封圈的工作性能，给出了承插式柔性管道接口最大轴向拉力值的简化计算方法。为管道胶圈柔性接口的力学性能分析做了一些基础性的研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 橡胶材料的弹性理论
• 1.2.2 管道柔性接口密封圈密封原理与力学性能
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 橡胶超弹性材料静载荷变形理论
• 2.1 橡胶弹性统计理论
• 2.1.1 理论简述
• 2.1.2 橡胶材料特种关系
• 2.2 橡胶弹性唯象理论
• 2.3 橡胶材料应变能函数的其他形式
• 第三章 管道密封橡胶圈材料载荷变形试验及应变能函数常量确定
• 3.1 实验设计
• 3.1.1 单轴拉伸试验设计
• 3.1.2 纯剪切试验设计
• 3.1.3 等比双轴试验设计
• 3.2 管道密封橡胶材料单轴拉伸试验
• 3.3 Mooney-Rivlin 模型常量的确定
• 3.3.1 方法一：试验数据拟合
• 3.3.2 方法二：小应变范围内模型常数的确定
• 第四章 球墨铸铁管道柔性接口装配受力状态分析及数值模拟
• 4.1 球墨铸铁管道柔性接口及装配受力状态
• 4.1.1 球墨铸铁管道柔性接头及橡胶密封圈
• 4.1.2 球墨铸铁管道柔性接头装配受力状态及简化计算
• 4.2 球墨铸铁管道柔性接口数值模拟分析建模
• 4.2.1 基于 ABAQUS 软件的及建模方法
• 4.2.2 ABAQUS 建模组成
• 4.2.3 ABAQUS 材料库—超弹性材料
• 4.2.4 管道接头计算模型的建立
• 4.3 数值模拟结果与分析
• 4.3.1 插入式装配模拟结果
• 4.3.2 压缩式装配模拟结果
• 小结
• 第五章 管道的拉伸试验与数值模拟对比分析
• 5.1 球墨铸铁给水管道单向拉伸试验
• 5.1.1 试验简介
• 5.1.2 试验结果
• 5.2 试验与数值模拟对比分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历